Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу

Авторы патента:

Вострухин Александр Витальевич (RU)

Гривенная Наталья Владимировна (RU)

Лоскутов Евгений Данилович (RU)

A61B5/0295 - с использованием плетизмографии, т.е. измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии

A61B5/00 - Измерение для диагностических целей (радиодиагностика A61B 6/00; диагностика с помощью ультразвуковых, инфразвуковых и звуковых волн A61B 8/00); опознание личности

Владельцы патента RU 2646131:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет"(ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к медицинской технике, а именно для измерения частоты пульса пациента. Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, ко второму выводу первого резистора подключен выход первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера, при этом датчик пульса дополнительно содержит конденсатор, подключенный к светодиоду параллельно, второй широтно-импульсный модулятор микроконтроллера, подключенный выходом к входу радиопередатчика с двухуровневой амплитудной манипуляцией. Использование изобретения позволяет повысить точность измерений частоты пульса. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в медицинской практике для диагностики частоты пульса пациента.

Известно устройство для измерения частоты пульса, содержащее: оптоэлектронный преобразователь, два усилителя, фильтр низкой частоты, схему автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, генератор измерительных импульсов, электронный ключ, логическую схему И-НЕ, формирователь команд управления, счетчик частоты, регистр памяти, индикатор и кнопку пуска (Патент РФ № 2118119, МПК A61B 5/02, опубл. 27.08.1998).

Недостаток известного решения – низкая точность измерения, обусловленная погрешностью, вносимой относительно большим количеством дискретных элементов, параметры которых изменяются, например, под действием температуры.

Известно устройство — микроконтроллерный фотоплетизмографический датчик пульса, содержащий микроконтроллер, первый и второй резисторы, светодиод, фотоприемник (фотодиод) и RC-фильтр, первые выводы первого и второго резисторов подключены к источнику питания микроконтроллера, катод светодиода и первый вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, второй вывод второго резистора и второй вывод фотоприемника подключены к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, вход RC-фильтра подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, встроенного в микроконтроллер, выход RC-фильтра подключен ко второму входу АК микроконтроллера (Вострухин А.В. Микроконтроллерный фотоплетизмографический датчик пульса. / А.В. Вострухин, Е.Д. Лоскутов // Развитие инновационных направлений в образовании, экономике, технике и технологиях. Межвузовская научно-практическая конференция. 17 – 18 мая 2012 года: Сборник статей / Под общ. науч. ред. д.т.н., проф. В.Е. Жидкова. – Ставрополь: Ставролит; СТИС, 2012. – Часть II. – 260с. (http://www.stis.su/stv_files/downloads/science/mnpk_17_18_may_2012_part2.pdf).

Недостаток известного решения – низкая точность измерения, обусловленная использованием делителя напряжения в качестве измерительной цепи, образованной вторым резистором и фотоприемником. Известно, что данная измерительная цепь обладает низкой точностью измерения по сравнению с мостовыми измерительными цепями (Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. Москва: Техносфера, 2006. – 592 с.).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым за прототип является микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса, содержащий микроконтроллер, светодиод, фотоприемик, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, ко второму выводу первого резистора подключен выход широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера (Патент РФ № 2583148, МПК A61B, опубл. 10.05.2016. Бюл. № 13).

Недостатки известного решения: — ограничены функциональные возможности, устройство неспособно передавать результат преобразования по радиоканалу на конечное обрабатывающее устройство; — низкая точность измерений, обусловленная погрешностью, вносимой пульсациями питающего светодиод напряжения, генерируемого широтно-импульсным модулятором микроконтроллера.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений.

Технический результат достигается тем, что микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу, содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, ко второму выводу первого резистора подключен выход первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера, также датчик пульса дополнительно содержит конденсатор, подключенный к светодиоду параллельно, второй широтно-импульсный модулятор микроконтроллера, подключенный выходом к входу радиопередатчика с двухуровневой амплитудной манипуляцией.

На чертеже представлена структурная схема микроконтроллерного датчика пульса с передачей информации по радиоканалу.

Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу содержит микроконтроллер 1, первый резистор 2, светодиод 3, второй резистор 4, фотоприемник (например, фоторезистор или фотодиод) 5, RC-фильтр 6, третий резистор 7, четвертый резистор 8, радиопередатчик 9 с двухуровневой амплитудной манипуляцией и конденсатор 10.

Первый вывод первого резистора 2 подключен к аноду светодиода 3, первый вывод второго резистора 4 подключен к первому выводу фотоприемника 5 и ко входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к первому входу аналогового компаратора (не обозначен), встроенного в микроконтроллер 1. Второй вывод первого резистора 2 подключен к выходу первого широтно-импульсного модулятора (ШИМ) (не обозначен), встроенного в микроконтроллер 1. Первые выводы третьего 7 и четвертого 8 резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1. Вторые выводы второго 4 и третьего 7 резисторов подключены к плюсу источника питания микроконтроллера 1. Катод светодиода 3, второй вывод фотоприемника 5 и второй вывод четвертого резистора 8 подключены к минусу источника питания микроконтроллера 1, вход радиопередатчика 9 подключен к выходу второго ШИМ, встроенного в микроконтроллер 1, конденсатор 10 подключен к светодиоду 3 параллельно.

Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу работает следующим образом.

На второй вход аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1, подается опорное напряжение, формируемое в точке соединения первых выводов третьего 7 и четвертого 8 резисторов. Когда между светодиодом 3 и фотоприемником 5 отсутствует биоткань, коэффициент заполнения первого ШИМ равен 0,5. Световой поток светодиода 3 под действием протекающего через него тока, формируемого с помощью первого ШИМ и сглаженного конденсатором 10, создает на фотоприемнике 5 падение напряжения, которое имеет некоторые пульсации. Это напряжение приложено к входу RC-фильтра 6, на выходе которого формируется сглаженное напряжение, близкое по значению опорному напряжению.

Допустим, световой поток, падающий на фотоприемник 5, уменьшился по причине снижения светопроницаемости биоткани, находящейся между светодиодом 3 и фотоприемником 5, например, возросло давление кровяного потока в кровеносных сосудах биоткани. В этом случае сопротивление фотоприемника 5 возрастет, что приведет к возрастанию среднего напряжения на входе RC-фильтра 6 и, следовательно, на первом входе аналогового компаратора, встроенного в микроконтроллер 1. На выходе аналогового компаратора будет сформирована логическая единица. Первый ШИМ под управлением микроконтроллера 1 увеличит коэффициент заполнения, что приведет в свою очередь к возрастанию среднего тока, протекающего через светодиод 3, при этом световой поток, проходящий через биоткань, возрастет, сопротивление фотоприемника 5 уменьшится, а следовательно, уменьшится и напряжение на первом входе аналогового компаратора. Если напряжение на первом входе аналогового компаратора станет меньше опорного, то на выходе аналогового компаратора будет сформирован логический ноль. В этом случае первый ШИМ под управлением микроконтроллера 1 уменьшит коэффициент заполнения, что приведет к уменьшению светового потока, падающего на фотоприемник 5, при этом сопротивление фотоприемника возрастет, что приведет к возрастанию напряжения на первом входе аналогового компаратора и, следовательно, к формированию логической единицы на его выходе и т.д.

Таким образом осуществляется непрерывное управление световым потоком, проходящим через биоткань. Микроконтроллер 1 будет поддерживать равенство напряжений на входах аналогового компаратора путем изменения коэффициента заполнения первого ШИМ.

Изменение светопроницаемости биоткани будет приводить к пропорциональному изменению коэффициента заполнения первого ШИМ, который в свою очередь пропорционален двоичному коду, загружаемому микроконтроллером 1 в специальный регистр (регистр сравнения) (не показан) первого ШИМ. Двоичный код первого ШИМ будет изменятся в соответствии с изменением светопроницаемости биоткани. Светопроницаемость биоткани изменяется в зависимости от давления крови в кровеносных сосудах. Давление крови в кровеносных сосудах в свою очередь зависит от фазы работы сердца. Изменяющийся непрерывно двоичный код первого ШИМ есть результат измерения изменений пульсовой волны, формируемой работой сердца. Данный результат может быть передан по радиоканалу благодаря тому, что модулирующий вход радиопередатчика 9 подключен к выходу второго ШИМ, коэффициент заполнения которого изменяется под управлением микроконтроллера 1 пропорционально коэффициенту заполнения первого ШИМ.

Предлагаемое изобретение способно передавать результаты измерений по радиоканалу с двухуровневой амплитудной манипуляцией, что расширяет его функциональные возможности, а также обеспечивает повышенную точность измерений путем снижения пульсаций напряжения, питающего светодиод, благодаря введению конденсатора 10, играющего роль сглаживающего фильтра, подключенного параллельно светодиоду 3.

Микроконтроллерный датчик пульса с передачей информации по радиоканалу, содержащий микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый вывод первого резистора подключен к аноду светодиода, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу фотоприемника, катод светодиода и второй вывод фотоприемника подключены к минусу источника питания микроконтроллера, второй вывод второго резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, выход RC-фильтра подключен к первому входу аналогового компаратора микроконтроллера, ко второму выводу первого резистора подключен выход первого широтно-импульсного модулятора микроконтроллера, первый вывод фотоприемника подключен к входу RC-фильтра, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены ко второму входу аналогового компаратора микроконтроллера, второй вывод третьего резистора подключен к плюсу источника питания микроконтроллера, второй вывод четвертого резистора подключен к минусу источника питания микроконтроллера, отличающийся тем, что дополнительно содержит конденсатор, подключенный к светодиоду параллельно, второй широтно-импульсный модулятор микроконтроллера, подключенный выходом к входу радиопередатчика с двухуровневой амплитудной манипуляцией.

Изобретения относятся к медицине. Способ непрерывного неинвазивного измерения физиологического параметра человека осуществляют с помощью автономного носимого оптического устройства.

Способ определения ударного объема сердца // 2633348

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии, кардиохирургии, функциональной диагностике. Для определения ударного объема сердца проводят наложение двух электродов на участки тела, регистрацию сопротивления R между электродами при снятии реограммы (РГ), измерение гемоглобина крови Hb.

Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения // 2616764

Изобретения относятся к медицине. Способ определения частоты сердечных сокращений человека реализуют с помощью переносного устройства, входящего в состав системы для определения частоты сердечных сокращений.

Устройство и способ измерения величины артериального давления человека // 2601697

Изобретения относятся к медицине. Устройство измерения величины артериального давления человека включает блок измерения величины артериального давления, содержащий датчик давления, блок регистрации отклонений величины артериального давления, снабженный оптическим датчиком, контроллер и дисплей.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса // 2583148

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики частоты пульса пациента. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый и второй резисторы.

Способ оценки тонуса артериальных сосудов по результатам реографических измерений // 2574121

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к методам исследования состояния сердечно-сосудистой системы человека. Выполняют разложение реосигнала на низкочастотную (НЧ) и высокочастотную (ВЧ) составляющие.

Фотоплетизмограф // 2572547

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике для оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека. Фотоплетизмограф содержит оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами и фотодиодом, а также оснащенный компьютером пульт управления и источник питания.

Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей // 2567834

Изобретение относится к медицинской технике. Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения и синхронный демодулятор.

Способ наложения электродов для регистрации реовазограмм // 2566924

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Регистрируют биполярную продольную реограмму в положении испытуемого лежа на спине в экранированной комнате при температуре воздуха 22-24°С.

Способ оживления человека // 2559913

Изобретение относится к медицине, реаниматологии и может быть использовано при оживлении пациентов, находящихся в состоянии клинической смерти. Способ реанимации включает компрессию грудной клетки, искусственную вентиляцию легких, введение лекарственных средств и проведение пульсоксиметрического мониторинга.

Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций // 2646128

Изобретение относится к медицинской технике. Радиоканальная система кардиомониторинга и предупреждения критических ситуаций содержит носимые дисплей, блок звукового оповещения, клавиатуру и радиомодем мегагерцового диапазона, а также носимый телеметрический прибор.

Способ проведения реопародонтографии // 2645959

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, предназначено для использования при оценке регионарного кровотока в тканях пародонта. Осуществляют исследования с помощью индивидуальной капы и фиксированными в гибком кабеле измерительными электродами и соединенными пайкой и расположенными кзади от них токовыми проводами тетраполярной системы, для чего с исследуемого участка челюсти пациента снимают альгинатный оттиск для изготовления индивидуальной капы.

Способ прогнозирования риска формирования атопической бронхиальной астмы у детей с аллергическим ринитом // 2645954

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, пульмонологии и аллергологии. Определяют частоту острого респираторного заболевания (ЧОРЗ).

Способ неинвазивного определения концентраций компонентов крови // 2645943

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для неинвазивного определения концентраций, содержащихся в крови гемоглобина и кислорода. Облучают биологическую ткань поочередно в любой последовательности оптическим излучением первого диапазона длин волн, включающего значение 700 нм, второго диапазона длин волн, включающего значение 880 нм, и третьего диапазона длин волн, включающего значение 960 нм.

Способ ранней диагностики синдрома послеоперационной когнитивной дисфункции у женщин после экстирпации матки // 2645938

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано для диагностики синдрома послеоперационной когнитивной дисфункции (ПОКД) у женщин после экстирпации матки в периоперационном периоде.

Способ оценки склонности человека к агрессивному поведению // 2645935

Изобретение относится к психологии, в частности к психодиагностике. Определяют порог тепловой чувствительности и проводят тестирование для выявления физической и вербальной агрессии.

Устройство для преобразования движения пользователя в электрическое напряжение // 2645876

Группа изобретений относится к средствам мониторинга состояния пользователя за счет преобразования движения пользователя в электрическое напряжение. Раскрыты устройство (10) и способ преобразования движения пользователя в электрическое напряжение, устройство (90), система (100) и способ для мониторинга пользователя, датчик падения, содержащий устройство (90) для мониторинга пользователя, и способ обнаружения потенциального падения.

Способ оценки эффективности обезболивания при выполнении амбулаторных стоматологических вмешательств // 2645657

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Пациент и врач при выполнении стоматологического вмешательства заполняют аналого-визуальную процентную шкалу интенсивности боли.

Способ прогнозирования улучшения физического функционирования, как параметра качества жизни, у больных ишемической болезнью сердца через год после операции коронарного шунтирования // 2645645

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Для прогнозирования улучшения физического функционирования у больных ИБС проводят тест шестиминутной ходьбы, оценку депрессии по шкале тревоги и депрессии HADS, выявляют наличие/отсутствие акинеза по эхокардиографическому исследованию.

Способ прогнозирования повторного острого инфаркта миокарда в течение пяти лет постинфарктного периода // 2645626

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Определяют совокупность факторов, влияющих на развитие повторного острого инфаркта миокарда в течение пяти лет постинфарктного периода.

Способ диагностики нарушения физического развития у детей, проживающих в условиях комплексного низкоуровневого загрязнения среды обитания свинцом, марганцем, никелем, хромом и кадмием // 2646564

Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, эндокринологии и токсикологии, и может быть использовано для диагностики нарушений физического развития детей, проживающих в условиях комплексного низкоуровневого загрязнения среды обитания тяжелыми металлами. При установлении у ребенка нарушения физического развития определяют в крови наличие свинца, марганца, никеля, хрома и кадмия. При их наличии определяют функциональные и лабораторные показатели. В качестве функциональных показателей определяют структуру и объем щитовидной железы методом ультразвукового исследования. В качестве лабораторных показателей устанавливают инсулиновый фактор роста (ИФР-1), уровни кортизола, серотонина, тироксина свободного (Т4 св.), тиреотропного гормона (ТТГ), антитела к тиреоиднойпероксидазе (антитела к ТПО), аспартатаминотрансферазы (АСАТ), глутамата, гамма-аминомасляной кислоты (γ-аминомасляной кислоты), глутатионпероксидазы. При наличии у ребенка изменения объема и структуры щитовидной железы, а также при уровне кортизола 224,4-279,2 нмоль/см3; ИФР 185,2-130 нг/мл; Т4 св. 14,0-16,4 пкмоль/л; γ-аминомасляной кислоты 0,113-0,197 мкмоль/дм3; глутатионпероксидазы 38,5-49,9 нг/мл; серотонина 244,5-314,3 нг/мл; ТТГ 1,5-2,1 нг/см3; антител к ТПО 2,2-3,2 МЕ/см3; АСАТ 35,8-49,4 Е/дм3; глутамата 118,31-129,33 мкмоль/дм3 диагностируют у ребенка нарушение физического развития, ассоциированное с комплексным низкоуровневым загрязнением среды обитания свинцом, марганцем, никелем, хромом и кадмием. Способ позволяет информативно и доказательно провести диагностику нарушения физического развития у детей, вызванного воздействием низкоуровневой комбинированной нагрузки свинца, марганца, никеля, кадмия и хрома за счет оценки комплекса наиболее значимых показателей. 2 з.п. ф-лы, 7 табл., 1 пр.